楊超

中國電信股份有限公司徐州分公司

0 引言

電源、空調(diào)、動環(huán)監(jiān)控等組成的通信局基礎設施，是保障通信業(yè)務安全、高效運營的基礎。隨著業(yè)務規(guī)模不斷擴大和基礎設施DC化重構深入，以及通信設備功率密度不斷提高，核心通信局用電負荷持續(xù)增長，對電源、空調(diào)等設備的維護和保障要求也持續(xù)提高。為提升安全、高效的維護服務能力，保障核心通信局供電供冷安全，江蘇電信在2017至2019年集中全省專家和骨干多次對省級核心機樓開展供電安全評估，取得良好效果。本文抽取其中7個核心機樓在評估過程中發(fā)現(xiàn)的272項各類問題進行分析總結，特別是對典型隱患進行介紹，希望對同業(yè)者有所借鑒。

1 重點評估內(nèi)容

基礎設施安全運營深度評估主要內(nèi)容包括：高低壓交流配電系統(tǒng)評估、直流供電系統(tǒng)評估、UPS系統(tǒng)評估、末端配電設備評估、空調(diào)系統(tǒng)評估、動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)評估等。其中系統(tǒng)容量、容錯冗余、蓄電池放電能力、全程溫升檢查、發(fā)電機組帶載能力、動環(huán)監(jiān)控告警有效性、應急能力等作為重點評估項目，每個系統(tǒng)每臺設備每個開關逐一實施。

7個核心機樓在評估過程中共發(fā)現(xiàn)各類隱患272項，按照隱患原因排序，前3類分別是異常溫升43項，設備容量不足22項，開關整定值不合理21項。按照設備分類，前5位分別是高低壓交流配電、蓄電池、開關電源、動環(huán)監(jiān)控、列頭柜，具體見表1。

表1 隱患數(shù)量匯總

2 高低壓交流配電典型隱患分析

2.1 低壓供電系統(tǒng)容錯冗余和容量冗余隱患

核心通信局低壓配電系統(tǒng)一般采用多套2進線1母聯(lián)的經(jīng)典結構，每臺變壓器負載率不大于45%，當一臺變壓器故障或停電時，另一臺變壓器能夠承擔全部負荷。此種供電結構簡潔，可靠性高，但是在評估過程中也發(fā)現(xiàn)末端電源設備為提高可靠性而盲目采用雙路電源自動切換，反而人為造成隱患。如圖1，由兩路市電供電的4臺變壓器均處于分供狀態(tài)，UPS系統(tǒng)1與UPS系統(tǒng)2組成2N供電系統(tǒng)，其主路和旁路電源分別接到兩路市電供電的兩個變壓器下；DC240V高壓直流和48V開關電源的兩個整流機架采用負載均分方式，其整流機架分別接到兩個變壓器，每個整流機架可承擔全部負荷。當市電1停電時，DC240與48V系統(tǒng)整流機架1承擔全部負荷，UPS系統(tǒng)2承擔全部負荷，T2與T3變壓器負載率90%，此時K2和K5母聯(lián)開關如果處于自動狀態(tài)，由于兩個母聯(lián)開關動作的不同步或者某個母聯(lián)開關無法合閘，例如K2先動作，則T2變壓器相當于帶載了T1、T2、T4的所有負載，從而引發(fā)過載。

圖1 供電系統(tǒng)示意圖

另外，如圖2，有3套低壓系統(tǒng)分別接到兩路市電，UPS系統(tǒng)1和UPS系統(tǒng)2為2N關系，UPS系統(tǒng)3和UPS系統(tǒng)4為2N關系。當市電1停電或閃斷時，由于末端設備的負載自動切換，T2變壓器將承擔起T1與T3變壓器下的所有自動切換負荷，極有可能造成T2變壓器過載。

圖2 供電系統(tǒng)示意圖

因此，設置末端電源設備雙路電源自動切換時必須嚴格根據(jù)供電系統(tǒng)結構合理配置，充分考慮停電狀態(tài)下對變壓器影響，在容量緊張時優(yōu)先保障高等級電源系統(tǒng)自動切換保護，其他系統(tǒng)可設置為手動切換保護，同時應保障整個供電系統(tǒng)結構簡潔，路由清晰，避免過度保護造成的復雜結構引發(fā)誤操作，避免由小故障引起的范圍擴大，同時應合理規(guī)劃，統(tǒng)籌分配負荷，提高供電系統(tǒng)可靠性和利用率。

2.2 交流斷路器（空開）容量配置與整定參數(shù)設置隱患

斷路器參數(shù)設置不合理隱患數(shù)量約占總隱患數(shù)量的8%，該類隱患在低壓配電系統(tǒng)普遍存在，同時因整定參數(shù)問題引發(fā)的故障也是屢見不鮮，該類問題需要引起足夠重視。整定參數(shù)設置不合理隱患主要應關注以下方面：

（1）工程結束后沒有對各級配電開關進行整定值設定，各參數(shù)處于出廠狀態(tài)，其中In默認處于最小值，隨著設備擴容負荷增加沒有同步調(diào)整參數(shù)設置，存在跳閘隱患。特別是抽屜式開關整定參數(shù)從外面無法檢查，隱蔽性較高。需要在抽屜面板粘貼整定參數(shù)相關信息。

（2）整定值設置不合理造成與上級開關容量倒掛，存在越級跳閘隱患。

（3）熱磁脫扣與電子脫扣保護裝置上下級搭配使用，存在由于動作靈敏度差異引發(fā)越級跳閘隱患。

（4）長延時整定電流Ir、短延時整定電流Isd、短路瞬時電流Ii及對應動作時間整定值設置不合理，特別是上下級配合與協(xié)同保護不合理，失去選擇性保護功能，存在越級跳閘隱患，其中Isd、Ii設置較小，Isd ＞ Ii現(xiàn)象最為常見。

（5）長延時整定電流Ir與配電電纜載流量不匹配，設定值大幅超過電纜或母線載流量，存在安全隱患。

（6）UPS旁路輸入各級斷路器由于使用頻率低，其整定參數(shù)易疏忽，常處于不合理狀態(tài)，其各級配電開關短延時整定電流和短路瞬時電流應適度提高。

3 列頭柜典型隱患分析

3.1 末端交直流配電設備雙路由供電保護不足隱患

重要網(wǎng)絡設備一般采用雙路電源輸入，當其中一個電源模塊故障時另一個電源模塊可以承擔起供電任務。根據(jù)業(yè)務等級不同，兩路輸入電源可來自一套電源或兩套電源，但均要求全程雙路由供電。對于此類負荷，要求配電設備輸入端熔斷器或空氣開關負載率不超過45%，但是在評估過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)主備列頭柜的輸入保護裝置負載率大于50%，分析原因主要包括：

（1）現(xiàn)場維護作業(yè)項目缺失或未按要求落實檢查。

（2）兩個單路輸入列頭柜互為主備，但兩個列頭柜放置距離較遠，誤作為單路供電設備維護使用。

（3）列頭柜輸入開關容量大于上級直流屏開關容量，形成保護裝置容量倒掛，現(xiàn)場維護作業(yè)只關注列頭柜輸入端，造成上級直流屏側保護裝置超載。例如列頭柜輸入為兩個400A熔絲，上級直流屏輸出為兩個300A熔絲，當列頭柜側每路輸入160A時直流屏側熔絲已失去雙路保護功能。

（4）現(xiàn)場基礎資料不全，標簽不準確或缺失，線纜對應關系錯亂。

（5）加電流程及用電管控制度缺失，造成加電不規(guī)范，隨著負荷增長對應開關過載。例如，一套240V直流供電系統(tǒng)配置兩個整流機架，每個整流機架按規(guī)范各配置1個160A輸入空開，此兩個空開分別從兩個交流屏引入，隨著設備擴容這兩個交流屏用電設備不斷增加，從而忽略了后端雙路電源自動切換特性，當其中1號整流機架故障時，造成2號整流機架對應的交流屏輸入空開過載跳閘。

4 發(fā)電機組典型隱患分析

發(fā)電機組作為通信機樓重要后備電源，其可靠性直接影響供電安全，由于近年市電可用性保持較高水平，發(fā)電機組使用率普遍不高，維護部門對發(fā)電機組實際帶載和運行數(shù)據(jù)掌握不足，發(fā)電機組帶載成功率偏低，長時間帶載故障率偏高。根據(jù)安全評估情況，發(fā)電機組隱患主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）發(fā)電機組配置容量與實際負荷不匹配，存在發(fā)電機組功率配置誤區(qū)，致使發(fā)電機組容量無法滿足實際負載要求。例如，某通信機樓實際配置1臺2000KVA變壓器，配置1臺1600KW發(fā)電機組。1600KW發(fā)電機組銘牌額定電流2886A，2000KVA變壓器銘牌額定電流2886A。按照銘牌電流比對1600KW發(fā)電機組能夠滿足要求，但是發(fā)電機組2886A電流是在功率因素0.8基礎上計算得出，實際應用中通信機樓自然功率因素普遍高于0.9，在變壓器負載率較高情況下，1600KW發(fā)電機組功率無法滿足實際帶載要求。

（2）發(fā)電機組帶容性負荷功率不足。通信機樓發(fā)電機組主要負載為UPS、開關電源、高壓直流、機房空調(diào)、服務器電源模塊直供等，其中UPS、開關電源、服務器電源模塊、高壓直流設備均為非線性負載，該類設備的整流濾波電路、輸入端的電容器件、諧波等因素均對發(fā)電機組帶載能力產(chǎn)生影響，特別是當UPS負載率較低時呈現(xiàn)明顯的容性特征，并且通信機樓配置的發(fā)電機組功率普遍偏小，帶載瞬間沖擊對發(fā)電機組穩(wěn)定運行更為不利。對于以上問題可采取以下措施減少影響：

①新建工程選用瞬態(tài)響應能力好的發(fā)電機組，改善帶容性負載能力。

②新建工程發(fā)電機組功率配置應按功率因素0.9-1核算。

③提高UPS系統(tǒng)的負載率，盡量采用諧波較小的設備。

④發(fā)電機組帶載時并聯(lián)電容補償裝置應切除。

⑤當有多套低壓系統(tǒng)時，UPS等非線性負荷應與機房空調(diào)等感性負載搭配組合，優(yōu)化功率因素，減少對發(fā)電機組影響。

⑥發(fā)電機組帶載應采用分步加載，多個ATS應設置不同延時，多套UPS和高壓直流應分套帶載，減少對發(fā)電機組沖擊，提高帶載成功率。

⑦高壓直流等系統(tǒng)應選用帶載軟啟動功能和沖擊啟動沖擊較小的品牌。

同時，發(fā)電機基礎維護與應急演練缺失也是引起各類問題的重要原因，主要表現(xiàn)在：

①周期性保養(yǎng)項目缺失，認為發(fā)電機使用頻率低僅需要定期空載試機即可。

②發(fā)電機組帶載測試長期缺失或帶載時間過短或帶載季節(jié)選擇不合理。發(fā)電機組每年至少帶載一次，帶載時間應大于50分鐘，應盡量選擇在室外環(huán)境30℃以上時進行帶載，摸底測試機組性能。

③發(fā)電機組外部和配套設施因素是造成故障多發(fā)的重要原因，主要包括進排風風量不足；日用油箱和柴油管路長期不維護；冷卻水箱表面長期不維護；排煙管路過長或不順暢；外置控制系統(tǒng)或接線松動等。

5 蓄電池典型隱患分析

蓄電池隱患占比13.6%，作為供電保障的最后環(huán)節(jié)，必須保證蓄電池的工作可靠，確保作業(yè)維護落實到位，應重點關注以下內(nèi)容：

（1）整體容量不足。主要表現(xiàn)：總電壓在放電初期電壓反彈弱；放電過程中總電壓下降速度快；沒有特別明顯的落后電池，單體電池容量較一致；整組后備時間明顯少于理論時間；實際容量小于80%額定容量。此種情況5年以上蓄電池組較常見，可視為電池組性能劣化，并隨時間增長劣化嚴重，需加強關注及時更新。

（2）單體落后電池。落后電池在蓄電池整個生命周期都會發(fā)生，如果不及時更換有可能在放電時突然形成反極引發(fā)事故。整組電池中如果個別電池落后應進行單體更換，如果大批量出現(xiàn)落后應進行整組更換。

（3）超年限使用。其最大問題在于可靠性下降，內(nèi)阻增加，正極板腐蝕嚴重，在大電流沖擊下易引發(fā)突然失效，核心局蓄電池在達到使用年限后應及時退出。

（4）表面物理變化。常見的隱患包括漏夜、腐蝕、鼓脹、開裂、變形、連接松動等，特別是漏夜可能造成短路，連接條松動可引起高溫，甚至引發(fā)火災，應定期巡檢及時處理。

以上隱患通過加強放電測試、溫升測試、螺栓緊固等作業(yè)項目，大部分可以被及時發(fā)現(xiàn)，消滅在萌芽狀態(tài)。

6 機房空調(diào)典型隱患分析

機房局部高溫是經(jīng)常遇到的隱患，引發(fā)的主要原因包括以下幾種：

（1）送風或回風通道不順暢，致使送風量不足，熱量積聚。例如送風管路過長或者彎頭過多，造成風量損失過多；送風管路的管徑過??；設備擴容后未同步考慮空調(diào)改造；設備安裝在拐角等不合理位置。

（2）設備功率密度超出冷卻能力。每種送風方式都有其制冷量的最大限值，當設備散熱量超出供冷能力范圍時就會形成局部高溫，特別是當前高密機柜越來越多，而普通機房改造跟不上主設備更新或新建速度時，此類問題更是多發(fā)。

（3）主設備機架擺放不合理。主要體現(xiàn)在列間距過小，仍按照傳統(tǒng)交換或傳輸設備列間距擺放；更新設備后沒有同步調(diào)整列間距；未按照“面對面，背靠背”方式布置機架，使得熱風接力。

（4）空調(diào)老化或數(shù)量缺少引發(fā)制冷量不足。

（5）主設備進出風設計不合理。例如前進前出、前進側出等設備造成氣流組織混亂，散熱困難，制冷效率下降。

冷水機組在評估過程中應重點關注以下幾點：

（1）冷凍水管路需采用雙回管路或AB管路完全隔離供水方式。

（2）應配置與蓄電池后備時間匹配的儲冷裝置。

（3）冷凍水泵、末端空調(diào)、群控系統(tǒng)等應采用UPS供電。

7 異常溫升典型隱患分析

溫升過高和異常發(fā)熱隱患占比15.8%，需高度重視，應重點關注以下方面：

（1）開關、熔絲、斷路器等保護裝置異常發(fā)熱。主要包括滿載或接近滿載運行、接觸不良、產(chǎn)品質(zhì)量等原因，需要加強用電管理與負荷管控，作業(yè)執(zhí)行落到實處。

（2）接觸器、刀閘等控制裝置異常發(fā)熱。主要原因包括觸頭接觸不良；接觸器老化、灰塵過多造成異響和過熱；長期閑置造成氧化，接觸電阻增大等。例如，某核心機樓發(fā)電機組供電采用刀閘人工切換，安全評估檢查發(fā)電機組帶載時發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)換刀閘B相觸頭溫度高達90度，A、C相觸頭溫度正常。停機后檢查發(fā)現(xiàn)該刀閘B相觸頭壓緊裝置螺絲松動，并且因為長期不使用該觸頭氧化嚴重，如果該問題發(fā)生在中性線則可能引起嚴重故障。

（3）電纜異常發(fā)熱。主要原因包括電纜線徑選擇不合理，引發(fā)過載；電纜溝、孔洞等電纜集中堆積處，通風不暢、散熱困難，引發(fā)異常發(fā)熱；電纜與銅鼻子壓接質(zhì)量不過關，造成連接處接觸電阻過大，引發(fā)異常發(fā)熱；電纜布放不規(guī)范，過度彎曲引起發(fā)熱。

（4）變壓器、電抗器、互感器等鐵芯發(fā)熱。諧波是造成變壓器和電抗器運行溫度升高的主要原因，部分電抗器運行溫度超過100℃。接觸不良和安裝不規(guī)范是造成互感器異常發(fā)熱、異常聲響的主要原因，特別是近年能耗檢測使用的互感器大量安裝，并且由于場地限制造成安裝不規(guī)范，引發(fā)殼體發(fā)熱燒毀、變形。評估時發(fā)現(xiàn)某核心機房配電室低壓配電柜上方互感器異常發(fā)熱，殼體變形，因此需要定期測試檢查，特別是隱蔽位置要檢查仔細。

（5）電容補償裝置發(fā)熱。電容補償柜內(nèi)部元器件是溫升異常的高發(fā)位置，包括接觸器、電容器、熔斷器、連接端子、連接線等，電容器組工作電流高達數(shù)十至上百安培，電容器燒毀事故也屢見不鮮，評估過程也發(fā)現(xiàn)個別接觸器溫升較高，應定期巡檢，檢查元器件表面有無變色、燒蝕現(xiàn)象，定期更換補償電容器。

（6）渦流引起的異常發(fā)熱。在通電母排周圍由于渦流效應可引起機柜、背板、固定鐵件等異常溫升，需要特別引起重視，定期用熱成像儀掃描檢查，避免引發(fā)事故。評估過程發(fā)現(xiàn)某核心機樓低壓配電柜交流母排周圍多處固定螺栓溫度高達70～80℃，但大部分螺栓溫度正常，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)熱的螺栓均為鐵質(zhì)，而其他螺栓為不銹鋼質(zhì)地，不銹鋼屬非導磁材料，所以不存在渦流效應。另外，在渦流引發(fā)的事故中，單相交流電纜穿鐵管布放引發(fā)過熱燒毀故障時有發(fā)生，需引起重視。

8 結束語

安全運營評估應充分保證參加人員數(shù)量和能力，保證儀器儀表準確高效，利用熱成像儀、電力分析儀、動環(huán)監(jiān)控等先進儀表或手段，充分提高評估效率。深度評估應做到橫向到邊，縱向到底，對蓄電池容量、配電結構、冗余保護等重點評估項目應每臺設備逐一測試逐一檢查，保障能力全面起底，針對存在的隱患制定解決方案和保障預案，全面提升應急保障能力，確保通信網(wǎng)絡和業(yè)務運行安全。